СОДЕРЖАНИЕ
TOC o «1-3» h z u Введение. PAGEREF _Toc136501850 h 4
1 Описание работы электромеханического привода. PAGEREF _Toc136501851 h 5
2 Предварительный выбор электродвигателя. PAGEREF _Toc136501852 h 7
3 Расчет редуктора. PAGEREF _Toc136501853 h 10
3.1 Кинематический расчет. PAGEREF _Toc136501854 h 10
3.2 Геометрический расчет. PAGEREF _Toc136501855 h 11
3.3 Проверочный расчет. PAGEREF _Toc136501856 h 15
4 Определение КПД выбранного привода. PAGEREF _Toc136501857 h 17
5 Проверочный расчет необходимой мощности электродвигателя. PAGEREF _Toc136501858 h 19
6 Составление и решение дифференциального уравнения движения электропривода PAGEREF _Toc136501859 h 20
. PAGEREF _Toc136501860 h 20
6.2 Расчет приведенного момента инерцииэлектропривода. PAGEREF _Toc136501861 h 21
6.3 Расчет времени разгона электропривода. PAGEREF _Toc136501862 h 25
7 Обоснование выбора материалов деталей редуктора. PAGEREF _Toc136501863 h 27
Заключение. PAGEREF _Toc136501864 h 28
Литература. PAGEREF _Toc136501865 h 29
ВВЕДЕНИЕ
Объектом данногокурсового проекта является зубчатая передача (редуктор) электромеханическогопривода, предназначенная для преобразования вращательного движения. Такой выбор связан с большой распространенностью зубчатыхпередач в современной технике. Кроме этого в электромеханическом приводе сзубчатой передачей наиболее полно представлены детали, узлы и соединения, длязакрепления знаний по курсу «Техническая механика».
Целью данногокурсового проекта является проектирование редуктора в соответствии сприлагаемой кинематической схемой.
Припроектировании редуктора необходимо наряду с конструкторскими решениямивыполнить различные расчеты, позволяющие выбрать оптимальные вариантыконструкции либо проверить правильность принятых конструктивных решений.
Основными задачами,которые необходимо выполнить в курсовом проекте, являются:
- ознакомление снаучно-технической литературой по теме курсового проектирования;
- изучение известныхконструкций аналогичных механизмов машин и приборов с анализом их достоинств инедостатков;
- выбор наиболее простоговарианта конструкции механизма с учетом выполнения требований техническогозадания на проект;
- выполнение необходимыхрасчетов с целью обеспечения заданных технических характеристик устройства;
- выбор необходимойточности изготовления деталей и узлов проектируемого устройства;
- выполнение графическойчасти курсового проекта в соответствии с требованиями стандартов (Единаясистема конструкторской документации) ЕСКД;
- составление необходимыхописаний и пояснений к курсовому проекту.
1 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА
I Механизм,изображенный на рис. 1, предназначен для применения в качестве привода машиныразборки писем. От электродвигателя 1 крутящий момент через вал Iпосредством муфты 2 передается на червяк 3. В зацепление с червякомвходит червячное колесо 4, закрепленное на промежуточном валу IIвместе с шестерней 5. Черезцилиндрическую прямозубую передачу, состоящую из шестерни 5 и зубчатого колеса6, крутящий момент передается на выходной вал III.
Д
×
1
2
5
4
3
6
II
III Рисунок 1 – Механизмпривода машины разборки писем
Привод – это устройство, посредством которогоосуществляется движение рабочих органов механизма. Структурная схема приводавключает двигатель того или иного типа и передачу. Последняя служит дляпередачи энергии двигателя к рабочим органам и может быть механической,электрической, гидравлической, пневматической и комбинированной.
В приборных устройствах широко применяются в качестведвигателей электродвигатели различных типов и механические редукторы имультипликаторы для передачи движения к исполнительным органам механизма.Приводы такого типа называют электромеханическими (ЭМП).
В данном курсовом проекте необходимо спроектировать в соответствии с прилагаемой кинематическойсхемой электромеханический привод машины разборки писем.
Исходные данные для выполнения курсового проектаприведены в таблице 1.
Таблица 1 –Исходныеданные для выполнения курсового проекта
Параметр
Условное обозначение
Значение
Скорость вращения выходного вала редуктора
nвых
25об/мин
Момент нагрузки на выходном валу
Мн
45 Нм
Тип производства
единичное
2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Выборэлектродвигателя заключается в подборе наиболее рационального типа (серии) иконкретного двигателя в намеченной серии в зависимости от требуемой мощности.
Привыборе типа электродвигателя учитывают следующие факторы:
1. Характер работы (нерегулируемыйэлектромеханический двигатель или регулируемый);
2. Назначение двигателя;
3. Режим работы оборудования. Для любоготехнологического оборудования рекомендуются следующие режимы работы:
- длительныйрежим работы;
- кратковременный;
- повторно-кратковременный;
- повторно-кратковременныйс частыми пусками;
- повторно-кратковременныйс частыми пусками и электроторможением.
4. Номинальное значение нагрузки иугловой скорости;
5. Максимальное ускорение и скорость;
6. Пусковые характеристики двигателя;
7. Характеристики сети питания (родтока, напряжение);
8. Механические характеристикидвигателя;
9. Габариты, масса, ресурс, стоимость.
Чтобывыбрать электродвигатель необходимо рассчитать требуемую мощность.
1. Требуемуюмощность электродвигателяопределим по формуле:
(1)
где Р вых–мощность привода на выходном валу, Вт;
–общий КПД привода;
1,05 – коэффициент запаса, учитывает возможные падениянапряжения в сети, появление динамических воздействий, отклонение условийэксплуатации.
2. ОбщийКПД привода определим по формуле:
(2)
3. Мощность привода на выходном валу равна:
(3)
где — момент нагрузки навыходном валу, Нм;
, (4)
Произведемрасчет:
3=0,4
,
.
Тогдатребуемая мощность электродвигателя равна
Наосновании полученных данных подберем электродвигатель. Наиболее подходящимявляется двигатель 71А6/910 мощностью 0,37 кВт с частотой вращения 1000 об/мин.
Тогда
,
3 РАСЧЕТ РЕДУКТОРА
Процесспроектирования редуктора состоит в решении ряда вопросов, из которых основнымиявляются:
- кинематическийрасчет редуктора,
- геометрическийрасчет редуктора,
- расчетприведенного момента инерции редуктора.
Кинематическийрасчет редуктора состоит в определении общего передаточного отношения ираспределении его по ступеням.
Геометрическийрасчет редуктора заключается в нахождении числа зубьев колес, выборе модулязацепления и определении основных размеров колес.
Расчет приведенного момента инерцииредуктора состоит в определении инертности всех звеньев механизма, приведеннойк одному звену.
3.1 Кинематический расчет
Кинематическийрасчет – разбивка общего передаточного отношения по ступеням. Учитывая, что типпередачи выбран, выбор кинематической схемы механизма состоит в определениичисла ступеней.
При определениичисла ступеней и распределении общего передаточного отношения по ступенямнеобходимо учитывать требования, предъявляемые к механизму и условия работы.
Необходимое передаточное число редуктора ipед :
(5)
где nдв — частотавращения вала электродвигателя, nдв= 1000об/мин;
nвых — скорость вращениявыходного вала, nвых= 25 об/мин.
Передаточное числоцилиндрической прямозубой передачи выбираем из условия iпр.цил=3…5. Примем iпр.цил=3,3.
Тогда передаточное числочервячной передачи:
3.2 Геометрический расчет
Геометрический расчет состоит в определении межосевых расстояний валов и геометрическихразмеров передач механизма.
Произведем геометрический расчет цилиндрической зубчатойпередачи.
Основными параметрами зубчатой передачи, определяющимигабариты редуктора, являются: число зубьев z зубчатых колес и модульm.
Выбираем номинальный модуль m из ряда:
m=0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0;1,25; 1,5; 2,0; 2,5 мм. Принимаем модуль m=2,5 мм.
1. Рассчитаем геометрические размеры прямозубойцилиндрической передачи.
Для пары зубчатых колес, образующих ступень спередаточным отношением i1,2 =z2/z1, необходимоназначить число зубьев малого колеса z1, тогдачисло зубьев второго колеса найдется из соотношения z2 =z1×i1,2.
Рекомендуемое минимальное число зубьев на меньшем колесенаходиться в пределах 17≤z1≥28, примем z1= 20. тогда z2 =20×3,3=66.
Делительный диаметр шестерни:
dд1= m×z1 = 2,5 ×20 = 50 мм.
Делительный диаметр ведомого колеса:
dд2= m×z2 = 2,5 ×66 = 165 мм.
Диаметр основнойокружности шестерни:
dо1=dд1×cos20°=50× cos20°=47 мм
Диаметр основнойокружности ведомого колеса:
dо2=dд2×cos20°=165× cos20°=155 мм
Диаметр окружностивыступов шестерни:
dа1=m(z1+2h*)=2,5(20+2×1)=55мм
Диаметр окружностивыступов ведомого колеса:
dа2=m(z2+2h*)=2,5(66+2×1)=170мм
Диаметр окружностивпадин шестерни:
df1=dд1 — 2m(h*+c*)=50-5×(1+0,25)=43,8 мм
Диаметр окружностивпадин ведомого колеса:
df2=dд2 — 2m(h*+c*)=165-5×(1+0,25)=158,8 мм
Межосевое расстояние:
а12= (dд1+ dд2)/2=(50+165)/2=107,5 мм
Высота зуба:
hз=h*m+(h*+c*)m=2,5+(1+0,25) ×2,5=2,5+3,125=5,6мм
Ширина венца ведомогоколеса:
вк=(3…15)m=14m=14×2,5=35мм
Ширина венца шестерни:
вш= вк +(0,5…1)=35+1=36 мм
2. Рассчитаем геометрические размеры червячнойпередачи.
Для червячных передач число зубьев z2червячного колеса зависит от передаточного отношения i12, числа заходов z1червяка и определяетсявыражением z2= z1i12. Число заходов червяка рекомендуется применять равным z1= 1 при i12> 30 и z1= 2 при 10 ≤ i12≤30.Минимальное число зубьев червячного колеса принимают равным 26...28.
Примем число заходов червяка z1= 2, тогда число зубьев z2=2×13=26.
Примем коэффициент диаметра червяка q=12. Тогда диаметр делительногоцилиндра червяка:
dд1=m×q = 2,5*12 = 30 мм.
Диаметр делительнойокружности червячного колеса:
dд2= m×z2 =2,5 × 26= 65 мм.
Диаметр начальной окружности червяка:
d1=m×q=30мм.
Диаметр начальной окружности червячного колеса:
d2=dд1=65мм.
Диаметр окружности выступов червяка:
dа1=dд1+2h*m=30+2×1×2,5=35мм.
Диаметр окружности выступов червячного колеса:
dа2=dд2+2m(h*+c*)=80+2×2,5(1+0,25)=71,3мм.
Диаметр окружности впадин червяка:
df1=dд1-2m(h*+c*)=30-2×2,5(1+0,25)=23,8мм.
Диаметр окружности впадин червячного колеса:
df2=dд2-2m(h*+c*)=65-2×2,5(1+0,25)=58,8 мм.
Межосевое расстояние:
a12=(dд1+dд2)/2=(30+65)/2=47,5 мм.
Угол подъема витка червяка к делительному цилиндру:
λ=arctg(z1/q)= arctg(2/12)=9,5°
Длина нарезанной части червяка:
l=12m
3.3 Проверочный расчет
Расчет модуля (проверочный расчет) для прямозубой и косозубойцилиндрической передачи производят исходя из условия прочности зубьев наиболеенагруженного колеса на изгиб по следующей формуле:
(6)
где m — модуль зацепления, мм;
Кm — коэффициент, которыйпринимается равным Кm= 1,4 для прямозубых колес и Кm= 1,12 для косозубых колес;
Tmax-максимальный крутящиймомент, действующий на рассчитываемое колесо, Н- мм;
К1 — коэффициент концентрации нагрузки,характеризующий неравномерность распределения нагрузки по ширине колеса, принимаютК1 = 1...1,5, причем меньшие значения — для нешироких колеспри симметричном расположении относительно опор. При постоянной нагрузке иколесах с неупрочненными зубьями при окружных скоростях меньше 15 м/с можнопринимать К1 = 1;
К2 — коэффициентдинамичности нагрузки принимают К2=1...1,3 в зависимости отточности изготовления колес и окружных скоростей: меньшие значения коэффициентапри более высокой точности изготовления и при меньших окружных скоростях;
zк — число зубьев рассчитываемого колеса;
— коэффициент, равный отношению ширины венцазубчатого колеса к модулю: =b/m. Коэффициент принимает значения от 3 до 16,причем меньшие значения выбирают для малогабаритных колес невысокой точности;
у — коэффициент формы зуба, значения которого зависятот числа зубьев;
[σи] — значение допускаемогонапряжения на изгиб. Значения [σи]в Мпа для некоторых материалов равны: для стали СтЗ — 200; для стали 35 — 390;для дюралюминия — 250; для бронзы и латуни — 135; для текстолита — 45; длякапрона — 30.
Следовательно, m=2,5выбран верно.
Проверим правильностьвыбора модуля для червячного колеса по формуле:
(7)
Этозначит, что для червячного колеса модуль также выбран правильно.
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ВЫБРАННОГО ПРИВОДА
Коэффициент полезного действия (к.п.д.) редуктора зависит от числаступеней и величины потерь, вызванных трением в опорах и в зацеплении зубчатыхколес. Учитывая, что редуктор представляет собой кинематическую цепь споследовательным соединением звеньев, выражение для коэффициента полезногодействия редуктора будет иметь вид:
(8)
где — к.п.д. зубчатых пар, входящих в состав редуктора;
— к.п.д. одной парыподшипников;
п — число ступеней передачи.
При проектировании передач можно пользоваться следующимизначениями коэффициентов полезного действия для одной пары подшипников:
скольжения — = 0,96… 0,98;
качения -=0,99 — 0,995.
Коэффициент полезного действия для пары цилиндрических зубчатыхколес определяется по формуле:
(9)
где f — коэффициент трения взацеплении (для передач со смазкой f= 0,1, при несмазываемых передачах для пары сталь-сталь f= 0,12...0,15, для парысталь-бронза или сталь-латунь f=0,08...0,12);
ε — коэффициент перекрытияпары зубчатых колес с числом зубьев z1и z2, (при определении к.п.д. можно принять ε — 1,5);
с — коэффициент, учитывающий влияние в малонагруженных передачах назначение к.п.д. собственных потерь на трение. При окружной силе Ff> 30 Н с = 1, а при F
Значение коэффициента определяется по эмпирической формуле:
с = (2,92+ Ft/(0,174+ Ft). (10)
Таким образом,
При ориентировочных расчетах червячных передач с ведущим червякомможно принимать значения коэффициента полезного действия =0,70…0,80 для двухзаходнего червяка.
Коэффициента полезного действия муфты принимается равным =0,6.
Таким образом, коэффициент полезногодействия выбранного привода будет равен:
5 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Выбор электродвигателя помощности заключается в установлении номинального значения мощности, котороедолжно быть больше или по крайней мере равно расчетному значению мощности навалу двигателя.
Мощность двигателя определяется избаланса мощностей в установившемся режиме работы.
(11)
(12)
где η– общий КПД привода,
К – коэффициент запаса, учитываетвозможные падения напряжения в сети, появление динамических воздействий,отклонение условий эксплуатации. К=1,05…1,1.
Мощность же выбранногоэлектродвигателя равна 0,37 кВт
Мощность двигателя больше требуемой мощности, следовательно,выбранный двигатель удовлетворяет поставленным требованиям.
6 СОСТАВЛЕНИЕ И РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯЭЛЕКТРОПРИВОДА
Уравнением движения теланазывают зависимость, связывающую параметры движения с инерциальнымихарактеристиками тела и силовыми воздействиями на него.
При вращательном движенииуравнение движения имеет вид:
(13)
где I– приведенный момент инерцииэлектропривода;
М– приведенный момент сил электропривода.
Задачу о движении системызвеньев с одним начальным звеном (вал электродвигателя) сводят с помощью методаприведения к задаче о движении одного звена. Это звено называется звеномприведения. Обычно за звено приведения принимают вал электродвигателя. Звеноприведения должно обладать динамическими мерами движения всей системы, т.е.приведенной массой (приведенным моментом инерции) и приведенной силой(приведенным моментом сил).
Динамическими мерамидвижения являются мощность и кинетическая энергия.
Приведенной силой илиприведенным моментом сил называют условную силу или условный момент сил, которыебудучи приложенными к звену приведения развивают мощность, равную мощности всехсил, действующих на составляющие звенья привода.
(14)
В данном случае действуеттолько один момент.
(15)
Произведем расчет приведенногомомента сил электропривода:
Нм
Таким образом моментприведения привода равен 0,7 Нм.
6.2 Расчет приведенного момента инерции электропривода
Приведенноймассой (приведенным моментом инерции) называют условную массу (условный моментинерции), имея который звено приведения обладает кинетической энергией равнойкинетической энергии всех звеньев системы.
(16)
где Кi– кинетическая энергия каждого звенясистемы;
к– количество звеньев системы.
Для расчета воспользуемсякинематической схемой редуктора, изображенной на рисунке 2.
Д
×
1
2
5
4
3
6
II
I
III Рисунок 2 – Кинематическаясхема редуктора
(17)
где Iпр — приведенный момент инерции электропривода;
Iрот — момент инерции ротора;
Iмуфты — момент инерции муфты;
II — момент инерции на ведущем валу электропривода;
III — момент инерции на промежуточномвалу электропривода;
IIII — момент инерции на ведомом валу электропривода;
ω1 — угловая скорость на входном валу;
ω2 — угловая скорость на промежуточном валу;
ω3 — угловая скорость на ведомом валу.
Тогда
Рассчитаеммоменты инерции:
1) входноговала:
(18)
где IIвал — момент инерции ведущего вала электропривода;
IIчерв — момент инерции червяка.
2
кг м2
Итак кг м2.
2) промежуточного вала:
(19)
где IIIвал — момент инерции промежуточного вала электропривода;
IIIчерв.кол — момент инерции червячного колеса;